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第六章混合氣體和濕空氣§6-1混合氣體的性質(zhì)§6-2濕空氣的性質(zhì)§6-3濕空氣的焓濕圖§6-4濕空氣的基本熱力過(guò)程全水系統(tǒng)濕空氣的概念
大氣由一定量的干空氣和一定量的水蒸氣混合而成,我們稱其為濕空氣。
注意
空氣環(huán)境內(nèi)的空氣成分和人們平時(shí)說(shuō)的“空氣”,實(shí)際是干空氣加水蒸氣,即濕空氣。濕空氣的組成濕空氣=干空氣+水蒸氣干空氣:CO2,O2,N2,微量氣體,雜質(zhì)等,空調(diào)中視為一個(gè)整體;水蒸氣:含量很少,但影響很大,故含量的變化對(duì)濕空氣狀態(tài)變化的影響是研究的重點(diǎn)。所以需要知道混合氣體因組分比例的變化而對(duì)其性質(zhì)的影響.§6-1混合氣體的性質(zhì)一、混合氣體由多種互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的理想氣體組成的混合氣體,同樣具有理想氣體的性質(zhì),滿足理想氣體狀態(tài)方程。P2、V、TP1、V、TP、V、TP、V1、TP、V2、T二、理想氣體的基本定律(1)分壓力定律分壓力:各組元?dú)怏w單獨(dú)占有混合氣體體積V,并處于相同溫度T時(shí)具有的壓力,用pi表示。分壓力定律:混合氣體的總壓力等于各組元?dú)怏w的分壓力之和。即證明:對(duì)于混合氣體pV=mRgT各組元?dú)怏wp1V=m1RgTp2V=m2RgT
……pkV=mkRgT將等式兩邊相加(p1+p2
…+pk)V=(m1+m2…+mk)RgT=mRgT=pV所以:p1+p2
…+pk=p(2)分體積定律分體積:各組分氣體處于與混合氣體相同溫度T和壓力p時(shí)單獨(dú)占有的體積。用Vi表示。分體積定律:理想混合氣體的總體積等于各組分的分體積之和。即
三、混合氣體的成分及其換算關(guān)系1、混合氣體的成分成分:組成氣體在混合氣體中所占的份額。表示方法:(1)質(zhì)量分?jǐn)?shù):組元?dú)怏w的質(zhì)量mi與混合氣體的總質(zhì)量m的比。用gi表示。即則混合氣體各組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和等于1。2)體積分?jǐn)?shù):各組元的分體積Vi與混合氣體V的總體積的比。用ri表示。即則混合氣體各組分的體積分?jǐn)?shù)之和等于1。3)摩爾分?jǐn)?shù):組元?dú)怏w的物質(zhì)的量與混合氣體的物質(zhì)的量的比。用xi表示。即
則混合氣體各組元的摩爾分?jǐn)?shù)之和等于1。2、各成分間的關(guān)系:
ri、xi的換算關(guān)系對(duì)于某一組元pVi=niRT由狀態(tài)方程表達(dá)式pV=nRT可見即ri=
xi理想氣體的體積分?jǐn)?shù)與其摩爾分?jǐn)?shù)相等。所以混合氣體的成分計(jì)算數(shù)值只有兩個(gè)。xi
、gi的換算關(guān)系
即四、混合氣體的平均摩爾質(zhì)量和平均氣體常數(shù)。上述公式中出現(xiàn)的M和Rg稱為混合氣體的平均摩爾質(zhì)量和平均氣體常數(shù)。1、根據(jù)體積分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)計(jì)算2、根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算五、分壓力的確定對(duì)于混合氣體中的任一組分分別用分壓力和分容積表示:pVi=miRgiTpiV=miRgiT可見:pVi=piV因此:六、混合氣體的熱容混合氣體溫度升高1K需要的熱量等于各組元分別升高1K需要的熱量之和。所以
練習(xí):已知干空氣的體積分?jǐn)?shù)為rO2=0.21,rN2=0.7807,rAr=0.0093,求:1)干空氣的平均摩爾質(zhì)量和平均氣體常數(shù),2)組成氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)解:氧、氮、氬的分子量分別為32.00、28.013、39.948。1)先求平均摩爾質(zhì)量平均氣體常數(shù)2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)求解§6-2濕空氣的性質(zhì)
自然界存在的空氣都是含水蒸汽的濕空氣。完全不含水蒸氣的空氣稱為干空氣。濕空氣由于水蒸汽分壓力很低,比容大、含量少,也可看作理想氣體。因此濕空氣可看作是理想混合氣體,可用理想氣體狀態(tài)方程描述。我們把自然界中具有體積的東西都稱為物質(zhì)??諝庖部梢哉f(shuō)是其中的一種??諝馀c其他物質(zhì)相比,最大的不同之處是分子與分子之間的距離較大,因而細(xì)小的水分子完全可以自由出入。這一距離,因壓力和溫度的不同,能夠發(fā)生較大的變化。溫度升高溫度降低1、總壓力與分壓力根據(jù)道爾頓分壓定律其中:下標(biāo)v代表水蒸氣;a代表干空氣暖通空調(diào)中處理的濕空氣通常為大氣,所以:水蒸氣分壓力的大小代表濕空氣中水蒸氣含量的多少。一、濕空氣的總壓力和分壓力飽和蒸汽
1)未飽和濕空氣2、濕空氣的分類過(guò)熱蒸汽水蒸氣干空氣+過(guò)熱水蒸氣pv<ps(T)
Tspvps加入水蒸氣,pv2)飽和濕空氣干空氣+飽和水蒸氣pv=ps(T)
Tsps未飽和濕空氣:干空氣+過(guò)熱水蒸氣(pv)
飽和濕空氣:干空氣+飽和水蒸氣(ps)通常情況下的空氣處于未飽和濕空氣狀態(tài),其中水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài),具有一定的吸收水蒸氣的能力。一定條件下,兩種狀態(tài)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化。噴水室表冷器如:a點(diǎn)為過(guò)熱蒸汽,一定條件時(shí)可轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。a-b表示定溫加濕過(guò)程。a-c表示定壓冷卻過(guò)程。同樣:如將飽和濕空氣加熱可轉(zhuǎn)化為未飽和濕空氣。ppsctdvbapvtd濕空氣中水蒸汽的p–v圖3、露點(diǎn)溫度10℃時(shí),1kg干空氣中能夠進(jìn)入5g的水分;1℃時(shí),1kg干空氣中能夠進(jìn)入4g的水分;原來(lái)5g的水分中有1g變成了水滴,開始發(fā)生冷凝現(xiàn)象時(shí)的空氣溫度稱為露點(diǎn)溫度。定義:未飽和濕空氣在定壓下冷卻到飽和狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度,即水蒸氣分壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度,用Td表示。分析:1)若達(dá)到飽和之后繼續(xù)冷卻,會(huì)由蒸汽凝結(jié)為水,形成凝露現(xiàn)象。2)判斷何時(shí)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象
當(dāng)空氣溫度變化到低于露點(diǎn)溫度時(shí),即t<td時(shí),會(huì)出現(xiàn)凝露。例題:已知濕空氣的溫度為30°C,其中水蒸氣的分壓力為pv=2336.8Pa,確定其露點(diǎn)溫度。解:查表當(dāng)分壓力為pv=2336.8Pa時(shí),對(duì)應(yīng)的飽和溫度為20°C,即露點(diǎn)溫度td
。二、濕空氣的折合分子質(zhì)量、折合氣體常數(shù)濕空氣的平均分子量可按混合氣體的容積成分或摩爾成分進(jìn)行計(jì)算:可見:濕空氣的分子量M隨水蒸汽分壓力pv的增大而減小,且始終小于干空氣的分子量。濕空氣的氣體常數(shù):水分子混雜狀態(tài)的衡量--濕度如何衡量電車載人的情況?體育比賽成績(jī)的表述?多少秒跑完100米8人中位居第二表示空氣中含有多少水分,也有兩種表示方法:一定單位的空氣中含有多少水量把空氣作為水的容器,溶入空氣中的水量占全體可溶入量的百分之多少三、絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含濕量濕度指濕空氣中水蒸氣的含量。絕對(duì)濕度:每立方米體積的濕空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量。相對(duì)濕度:同溫度條件下,正常狀態(tài)下空氣中水分的含有量與飽和狀態(tài)下水分的含有量的比值。含濕量:在含有1kg干空氣的濕空氣中,所含水蒸汽的質(zhì)量。工程中對(duì)濕空氣的處理,其中干空氣的量是不變的。以干空氣質(zhì)量為基準(zhǔn)的含濕量的概念,有利于對(duì)濕空氣過(guò)程的分析與計(jì)算。1、相對(duì)濕度:濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度之比,用符號(hào)來(lái)表示。反映濕空氣接近飽和的程度。由理想氣體狀態(tài)方程:2、含濕量定義:在含有1kg干空氣的濕空氣中,所含水蒸汽的質(zhì)量。用d表示。單位:g/kg(干空氣)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程將代入,則可見:當(dāng)大氣壓力B一定時(shí),含濕量d是水蒸汽分壓力pv的函數(shù)。上式也可表示為:分析:1)在一定溫度下,水蒸汽分壓力pv越大,則水蒸汽含量越多,也越接近飽和濕空氣。2)相對(duì)濕度
的取值范圍0?1。=0為干空氣,
=1為飽和濕空氣。3)相對(duì)濕度反映了濕空氣的干濕程度或吸收水蒸汽的能力。越小,空氣越干燥,吸濕能力越強(qiáng)。
例題:已知濕空氣的溫度為30°C,其中水蒸氣的分壓力為pv=2336.8Pa,確定其相對(duì)濕度和含濕量。(pb=0.1013MPa)解:查表當(dāng)溫度為30°C時(shí),水蒸氣的飽和分壓力為ps=4142.7Pa相對(duì)濕度
=pv/ps=2336.8/4142.7=0.56=56%d=622*2336.8/(101300-2336.8)=14.69g/kg(干空氣)四、濕空氣的密度:可見:在同溫同壓下,濕空氣的密度總是小于干空氣的密度。隨空氣相對(duì)濕度的增大,濕空氣的密度將減小五、濕空氣的焓濕空氣的焓是以1kg干空氣為基準(zhǔn)的,是1kg干空氣的焓與dkg水蒸汽的焓之和:將干空氣和水蒸氣的比熱容作為常數(shù),則:干空氣的焓水蒸汽的焓濕空氣焓的計(jì)算式:
單位:kJ/kg(干空氣)六、干球溫度與濕球溫度濕球溫度是熱濕交換達(dá)到平衡后濕球溫度計(jì)的讀數(shù)。濕球溫度等于或低于干球溫度意義:干濕球溫度的差值反映了空氣相對(duì)濕度的大小本節(jié)內(nèi)容重點(diǎn):飽和濕空氣與未飽和濕空氣的關(guān)系相對(duì)濕度含濕量露點(diǎn)溫度已知室內(nèi)空氣相對(duì)濕度為50%,溫度為20°C,大氣壓為0.1013MPa,求濕空氣的露點(diǎn)溫度、含濕量、密度、比焓、和平均氣體常數(shù)。§6-3、濕空氣的焓濕圖一、焓濕圖的結(jié)構(gòu)二、焓濕圖的簡(jiǎn)單應(yīng)用一.濕空氣的焓濕圖
焓濕圖是在不同的大氣壓力B下,縱坐標(biāo)是其焓值,橫坐標(biāo)是含濕量值所構(gòu)成的圖。說(shuō)明:縱橫坐標(biāo)軸之間夾角為135度。飽和曲線將圖分為兩個(gè)區(qū)域:未飽和空氣區(qū)和霧狀區(qū),空氣處理過(guò)程通常在未飽和空氣區(qū)。等焓線1.d2.等溫線等相對(duì)濕度線3.5.4.等濕線熱濕比線0102030500030002000100006000-2000
二、焓濕圖的應(yīng)用(一)確定空氣的狀態(tài)參數(shù)確定狀態(tài)需要知道h、d(pV)、t、之中的兩個(gè)。(二)確定空氣的濕球溫度(三)確定空氣的露點(diǎn)溫度(一)確定空氣的狀態(tài)參數(shù)例:B=101325pa,t=29℃,=60%,確定其焓值。練習(xí):B=101325pa,t=25℃,=60%,確定其焓值和含濕量。(二)確定空氣的濕球溫度“等焓查濕”:濕紗布周圍,某狀態(tài)A的空氣流經(jīng)紗布熱濕交換后飽和??諝馐ワ@熱,得到潛熱,焓相等,故h-d圖上是過(guò)A點(diǎn)的等焓過(guò)程,與=100%飽和線交點(diǎn)的溫度即為狀態(tài)A空氣的濕球溫度。AdAtsBh狀態(tài)A的濕球溫度AdAtstaBh
已知干、濕球溫度確定空氣狀態(tài)
練習(xí)[1]:查h-d圖t=25℃,=55%濕空氣的濕球溫度練習(xí)[2]:某狀態(tài)空氣的干球溫度t=20℃,濕球溫度ts=15℃,試在h-d圖上確定空氣狀態(tài)點(diǎn)及、d、h(三)確定空氣的露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度tl:能使空氣開始結(jié)露的臨界溫度。日常生活應(yīng)用:
(1)冬天室外溫度較低時(shí),玻璃窗上有凝結(jié)水(2)秋天早晨有時(shí)草葉上有露水結(jié)論:結(jié)露與否取決于表面溫度和空氣露點(diǎn)溫度之間的關(guān)系。(表面溫度低于露點(diǎn)溫度會(huì)結(jié)露)露點(diǎn)溫度在h-d圖上的表示空氣沿等含濕量線冷卻,最終達(dá)到飽和時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度練習(xí):已知某狀態(tài)空氣t=15℃,=60%,試查出tlAdAt
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